Veličiny osvetlenia: svetelný tok, intenzita svetla, osvetlenosť, jas, jas

1. Svetelný tok

Svetelný tok — sila žiarivej energie, ktorá sa hodnotí podľa pocitu svetla, ktorý vytvára. Energia žiarenia je určená počtom kvánt vyžiarených žiaričom do priestoru. Energia žiarenia (energia žiarenia) sa meria v jouloch. Množstvo energie emitovanej za jednotku času sa nazýva žiarivý tok alebo žiarivý tok. Vyžarovací tok sa meria vo wattoch. Svetelný tok sa označuje Fe.

kde: Qе — energia žiarenia.

Tok žiarenia je charakterizovaný rozložením energie v čase a priestore.

Vo väčšine prípadov, keď hovoria o rozložení toku žiarenia v čase, neberú do úvahy kvantovú povahu vzhľadu žiarenia, ale chápu to ako funkciu, ktorá dáva zmenu v čase okamžitých hodnôt. toku žiarenia Ф (t). To je prijateľné, pretože počet fotónov emitovaných zdrojom za jednotku času je veľmi veľký.

Podľa spektrálneho rozloženia toku žiarenia sa zdroje delia do troch tried: s lineárnym, pásikovým a spojitým spektrom. Tok žiarenia zdroja s lineárnym spektrom pozostáva z monochromatických tokov z jednotlivých čiar:

kde: Фλ — monochromatický tok žiarenia; Fe - tok žiarenia.

V prípade zdrojov s pásovým spektrom sa emisia vyskytuje v pomerne širokých spektrálnych oblastiach - pásmach oddelených od seba tmavými medzerami. Na charakterizáciu spektrálneho rozloženia toku žiarenia so spojitými a pásovými spektrami sa používa veličina nazývaná hustota spektrálneho toku žiarenia.

kde: λ je vlnová dĺžka.

Hustota spektrálneho toku žiarenia je charakteristikou rozloženia toku žiarenia v spektre a rovná sa pomeru elementárneho toku ΔFeλ zodpovedajúceho nekonečne malému rezu k šírke tohto rezu:

Hustota toku spektrálneho žiarenia sa meria vo wattoch na nanometer.

V osvetľovacej technike, kde je ľudské oko hlavným prijímačom žiarenia, sa na vyhodnotenie efektívneho pôsobenia toku žiarenia zavádza pojem svetelný tok. Svetelný tok je tok žiarenia odhadnutý z jeho účinku na oko, ktorého relatívna spektrálna citlivosť je určená priemernou krivkou spektrálnej účinnosti schválenou CIE.

V osvetľovacej technike sa používa aj nasledujúca definícia svetelného toku: svetelný tok je sila svetelnej energie. Jednotkou svetelného toku je lumen (lm). 1 lm zodpovedá svetelnému toku vyžarovanému pod jedným priestorovým uhlom izotropným bodovým zdrojom so svietivosťou 1 kandela.

Stôl 1.Typické hodnoty svietivosti svetelných zdrojov:

Typy svietidiel Elektrická energia, W Svetelný tok, lm Svetelná účinnosť lm / w Žiarovka 100 wattov 1360 lm 13,6 lm / W Žiarivka 58 wattov 5400 lm 93 lm / W Vysokotlaková /W1 sodíková výbojka 010lm 100m tlaková sodíková výbojka 180 wattov 33000 lm 183 lm / W Vysokotlaková ortuťová výbojka 1000 wattov 58 000 lm 58 lm / W Halogenidová výbojka 2000 wattov 190 000 lm 95 lm / W Svetelný tok sa odráža v troch zložkách: svetelný tok sa odráža na troch zložkách telom Фρabsorbovaný Фα a vynechaným Фτ... At výpočty osvetlenia faktory využitia: odrazy ρ = Fρ/ F; absorpcia a= Fa/F; prevod τ= Fτ/ Ф.

Tabuľka 2. Svetelné charakteristiky niektorých materiálov a povrchov

Materiály alebo povrchy Koeficienty Odraz a priepustnosť odraz ρ absorpcia α priepustnosť τ krieda 0,85 0,15 — Difúzny silikátový email 0,8 0,2 — Difúzne hliníkové zrkadlo 0,85 0,15 — Špicaté zrkadlo 0,8 0 ,2 — Smerované matné sklo 0,4 0,4 Difúzne smerované Bio mliečne sklo 0,22 0,15 0,63 Difúzne smerované Opálové silikátové sklo 0,3 0,1 0,6 Difúzne Mliečne silikátové sklo 0, 45 0,15 0,4 Difúzne

2. Intenzita svetla

Rozloženie žiarenia z reálneho zdroja v okolitom priestore nie je rovnomerné.Preto svetelný tok nebude vyčerpávajúcou charakteristikou zdroja, ak nie je súčasne určené rozloženie žiarenia v rôznych smeroch okolitého priestoru.

Na charakterizáciu rozloženia svetelného toku sa používa koncept priestorovej hustoty svetelného toku v rôznych smeroch okolitého priestoru. Priestorová hustota svetelného toku, ktorá je určená pomerom svetelného toku k priestorovému uhlu s vrcholom v bode, kde sa nachádza zdroj, v ktorom je tento tok rovnomerne rozložený, sa nazýva svietivosť:

kde: Ф — svetelný tok; ω — priestorový uhol.

Jednotkou intenzity svetla je kandela. 1 cd.

Ide o svietivosť, ktorú kolmo vyžaruje povrchový prvok čierneho telesa s plochou 1:600 ​​000 m2 pri teplote tuhnutia platiny.
Jednotkou intenzity svetla je kandela, cd je jednou z hlavných veličín v sústave SI a zodpovedá svetelnému toku 1 lm rovnomerne rozloženému v priestorovom uhle 1 steradián (porov.). Priestorový uhol je časť priestoru uzavretá v kužeľovej ploche. Priestorový uhol ω meraný pomerom plochy, ktorú vyreže z gule s ľubovoľným polomerom, k druhej mocnine tejto gule.

3. Osvetlenie

Osvetlenie je množstvo svetla alebo svetelného toku dopadajúceho na povrch jednotky. Označuje sa písmenom E a meria sa v luxoch (lx).

Jednotka osvetlenia lux, lx, sa meria v lúmenoch na meter štvorcový (lm/m2).

Osvetlenie možno definovať ako hustotu svetelného toku na osvetlenom povrchu:

Osvetlenie nezávisí od smeru šírenia svetelného toku na povrch.

Tu sú niektoré bežne akceptované indikátory jasu:

• Leto, deň pod bezoblačným nebom — 100 000 luxov

• Pouličné osvetlenie — 5-30 luxov

• Mesiac v splne za jasnej noci — 0,25 luxu

4. Vzťah medzi intenzitou svetla (I) a osvetlenosťou (E).

Zákon inverzného štvorca

Osvetlenie v určitom bode povrchu, kolmom na smer šírenia svetla, je definované ako pomer intenzity svetla k druhej mocnine vzdialenosti od tohto bodu k svetelnému zdroju. Ak vezmeme túto vzdialenosť ako d, potom tento pomer možno vyjadriť nasledujúcim vzorcom:

Napríklad: ak svetelný zdroj vyžaruje svetlo so silou 1200 cd v smere kolmom na povrch vo vzdialenosti 3 metre od tohto povrchu, potom osvetlenie (Ep) v bode, kde svetlo dosiahne povrch, bude 1200 /32 = 133 lux. Ak je povrch vo vzdialenosti 6 m od zdroja svetla, osvetlenie bude 1200/62 = 33 luxov. Tento vzťah sa nazýva zákon inverzného štvorca.

Osvetlenie v určitom bode na povrchu, ktorý nie je kolmý na smer šírenia svetla, sa rovná intenzite svetla v smere meracieho bodu vydelenej druhou mocninou vzdialenosti medzi zdrojom svetla a bodom v rovine vynásobenej kosínus uhla γ (γ je uhol, ktorý zviera smer dopadu svetla a kolmica na túto rovinu).

Preto:

Toto je zákon kosínusov (obrázok 1.).

Ryža. 1. K zákonu kosínusov

5. Horizontálne osvetlenie

Na výpočet horizontálneho osvetlenia sa odporúča upraviť posledný vzorec nahradením vzdialenosti d medzi zdrojom svetla a bodom merania výškou h od zdroja svetla k povrchu.

Obrázok 2:

potom:

Dostaneme:

Tento vzorec vypočítava horizontálne osvetlenie v bode merania.

Ryža. 2. Horizontálne osvetlenie

6. Vertikálne osvetlenie

Osvetlenie toho istého bodu P vo vertikálnej rovine orientovanej smerom k svetelnému zdroju možno znázorniť ako funkciu výšky (h) svetelného zdroja a uhla dopadu (γ) intenzity svetla (I) (obrázok 3 ).

Dostaneme:

Ryža. 3. Vertikálne osvetlenie

7. Osvetlenie

Na charakterizáciu povrchov, ktoré žiaria v dôsledku svetelného toku, ktorý nimi prechádza alebo sa od nich odráža, sa používa pomer svetelného toku vyžarovaného povrchovým prvkom k ploche tohto prvku. Táto veličina sa nazýva svietivosť:

Pre povrchy s obmedzenými rozmermi:

Osvetlenosť je hustota svetelného toku vyžarovaného svetelným povrchom. Jednotkou osvetlenia je lumen na meter štvorcový svetelnej plochy, čo zodpovedá ploche 1 m2, ktorá rovnomerne vyžaruje svetelný tok 1 lm. V prípade celkového žiarenia sa zavádza pojem svietivosť energie vyžarujúceho telesa (Me).

Jednotkou vyžarovaného svetla je W/m2.

Jas v tomto prípade možno vyjadriť spektrálnou hustotou svietivosti energie emitujúceho telesa Meλ (λ)

Pre porovnávacie posúdenie uvádzame energetické jasy do svietivostí niektorých povrchov:

• Slnečný povrch — Me = 6 • 107 W / m2;

• Žiarovka — Me = 2 • 105 W / m2;

• Povrch slnka v zenite — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Fluorescenčná žiarovka — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Jas

Jas Jas svetla vyžarovaného jednotkou povrchu v určitom smere. Jednotkou merania jasu je kandela na meter štvorcový (cd / m2).

Samotný povrch môže vyžarovať svetlo, podobne ako povrch lampy, alebo odrážať svetlo, ktoré pochádza z iného zdroja, napríklad z povrchu vozovky.

Povrchy s rôznymi odrazovými vlastnosťami pri rovnakom osvetlení budú mať rôzne stupne jasu.

Jas vyžarovaný povrchom dA pod uhlom Φ voči priemetu tohto povrchu sa rovná pomeru intenzity svetla vyžarovaného v danom smere k priemetu vyžarujúceho povrchu (obr. 4).

Ryža. 4. Jas

Intenzita svetla a projekcia vyžarujúcej plochy sú nezávislé od vzdialenosti. Jas teda tiež nezávisí od vzdialenosti.

Niekoľko praktických príkladov:

• Jas slnečného povrchu - 2 000 000 000 cd / m2

• Jas žiariviek — od 5000 do 15000 cd / m2

• Povrchová jasnosť mesiaca v splne - 2500 cd / m2

• Umelé cestné osvetlenie — 30 lux 2 cd / m2